RU11165U1

RU11165U1 - Электроусилитель руля автомобиля

Info

Publication number: RU11165U1
Application number: RU99100532/20U
Authority: RU
Inventors: Л.Ф. Коломейцев; У.М. Сулейманов; С.А. Пахомин; Н.Я. Арабов; Н.Ф. Бакулин; Ц.А. Адамов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Эметрон"; Акционерное общество "Авиаагрегат"
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 1999-09-16

Abstract

1. Электроусилитель руля автомобиля, состоящий из датчика момента, датчика скорости автомобиля, электродвигателя, кинематически связанного с рулем и содержащего зубчатый статор с обмоткой и зубчатый безобмоточный ротор, датчика положения ротора электродвигателя, блока управления электродвигателем, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен трехфазным, число зубцов на статоре электродвигателя - 12, на роторе - 8, ширина зубцов статора по воздушному зазору b= (0,31 ... 0,35)t, ротора - b= (0,41 ... 0,44)t, где t- зубцовый шаг по ротору, магнитная система электродвигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора относительно статора на величину β = (0,075...0,15)t.2. Электроусилитель руля автомобиля по п.1, отличающийся тем, что блок управления функционально связан с датчиком режима работы автомобиля, регистрирующим режим работы автомобиля и обеспечивающим соответствующий выходной сигнал.

Description

Электроусилитель руля автомобиля

. B62D 005/04

Полезная модель огаосится к средствам управления автомобиля и может быть использована для снижения усилия на руле, в частности, при маневрах на малых скоростях и повороте колес на неподвижном автомобиле.

Известно техническое решение, содержащее датчик момента на руле, редуктор, электромагнитную муфту, электродвигатель постоянного тока, управляемый от блока управления по сигналу датчика момергта на руле, систему диагностики. (Патент США № 4660671).

Педостатком данного технического решения является необходимость применения электромагнитной муфты, а также плохое охлаждение двигателя постоянного тока вследствие закрытого исполнения.

Известно техническое решение, содержащее датчик момер1та, измеряющий момент на руле и обеспечивающий соответствующие выходные сигналы, средство для обеспечения сигнала требуемого компенсирующего момента, имеющего величиг1у, функционально связанную с моментом, приложенным к рулю, электродвигатель, содержащий зубчатый статор с обмотками и зубчатый безобмоточный ротор, кинематически связанный с рулем и способный, при необходимости, создать требуемый компенсирующий момент для снижения усилия на руле, датчик скорости автомобиля, измерярощий скорость автомобиля и обеспечивающий соответствующие выходные сигналы, датчик положения ротора электродвигателя, регистрирующий угловое положение ротора относительно статора и обеспечивающий соответствующие выходные сигналы, датчик скорости вращения ротора электродвигателя, измеряющий скорость вращения и обеспечивающий соответствугощие выходные сигналы, блок управления электродвигателем, вырабатывающий на основе поступающих в него сигналов от датчика скорости вращения ротора, датчика положения ротора, датчика скорости движения автомобиля и датчика момента силовых управляющих сигналов для обмоток электродвигателя. С использованием обратной связи по скорости вращения ротора реализуется управление токами электродвигателя, обеспечивающее высокий уровень выходных характеристик. В частности, таким образом рещается проблема значительного снижения пульсаций момента на валу четырехфазного реактивного индукторного электродвигателя и соответствующих вибраций руля. (Патент США № 5623409).

Недостатком данного технического решения является необходимость применения в данном электроусилителе датчика скорости вращения ротора электродвигателя, обеспечивающего измерение текущих значений скорости вращения в любой момент времени. Датчик скорости вращения представляет из себя достаточно сложный узел, к точности и

качеству выходных сигналов которого предъявляются высокие требования. Его применение увеличивает габариты электроусилителя и повышает его стоимость.

Предполагаемая г1олезпая модель направлена па упрощение конструкции электроусилителя за счет применения арехфазного реактивного индукторного электродвигателя со специально сформированной геометрией зубцовой зоной.

Решение указанной задачи обеспечивается устройством электроусилителя руля автомобиля, содержан1его датчик момента на руле, датчик скорости автомобиля, электродвигатель, кинематически связанный с рулем и содержащий зубчатый статор с обмоткой и зубчатый безобмоточный ротор, датчик пололсения ротора элеюродвигателя, блок управления электродвигателем, в котором, согласно данного заявления, электродвигатель вынолнен трехфазным с числом зубцов на статоре -12, на роторе - 8, магнитная система электродвигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора и статора на величину у9 (0,075...0,15)2. Ри этом ширина коронки зубцов статора но воздунгному зазору /).,, (0,31...0,35)/2, а ротора 22-№41...0,44)/2, где /2 - зубцовый ншг по ротору. Кроме того, блок управления функционально связан с датчиком режима работы автомобиля, регистрирующим режим работы автомобиля и обеспечивающим соответствующий выходной сигнал.

В дальнейшем полезная модель поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны:

Фиг. - структурная схема электроусилителя руля автомобиля;

Фиг.2 - электроусилитель руля в разрезе;

Фиг.З - поперечное сечение трехфазного реактив1юго индукторного электродвигателя;

-Фиг.4 - фрагмент зубцовой зоны электродвигателя;

-Фиг.З - продольный вид ротора со скосом зубцов;

-Фиг.6 - зависимость требуемого компенсирующего момента от момента на руле при разных значершях скорости автомобиля;

Фиг.7 - диск датчика положения ротора;

-Фиг.8 - диаграммы фазных токов и сигналов датчика положения ротора;

Фиг.9 - диаграммы результирующего и фазных составляющих момента двигателя. Электроусилитель руля автомобиля, структурная схема которого показана на Фиг. 1, состоит из датчика момента, измеряющего приложенный к рулю момент и формирующего соответствующие выходные сигналы, датчика скорости автомобиля, измеряющего скорость движения автомобиля и формируюгцего соответствующие выходные сигналы, электродвигателя М, связанного с рулем через червячный редуктор, датчика положения ротора ДПР, регистрирующего положение ротора относительно статора и формирующего соответствующие

выходные сигналы, датчика рокима работы автомобиля, регистрирующего режим работы автомобиля и обеспечивающего соответствующий выходной сигнал, блока управления электродвигателем, формирующего силовые сигналы на обмотках электродвигателя с yieTOM сигналов датчиков момента, скорости автомобиля, датчика по;южения ротора, датчика режима работы автомобиля.

Компоновка элекгроусилителя 1юказана на Фиг. 2. /(.агчик моме1гта размещен внутри корпуса электроусилителя и состоит из индукгивгюй катун ки 1, нсрфорирова}щых электропроводящих цилиндров 2 и 3 и торсионного вала 4. Торсионный вал 4 является упругим элементом, работающим на скручивание и служит для нреобрачования момента, приложенного к рулю, в угловое неремен1ение цилиндров 2 и 3 О1}1оси1ельно друг друга. УпюБэе перемещение регистрируется посредством измерения параметров катушки 1. Электродвигатель состоит из зубчатого безобмоточного ротора 5 с и зубчатого статора 6 с обмотками 7. Внутри электродвигателя уста(ювлен датчик положения ротора, состоящий из перфорированного цилиндра 8 и смещенных на 120 электрических градусов датчиков 9. Вал ротора соединен шлицевым соединением с червяком 10 редуктора II. Вращающий момент электродвигателя передается червяком 10 на зубчатое колесо 11 редуктора и далее на торсионный вал 4 и рулевую колонку 12.

Электродвигатель (Фиг. 3) выполняется трехфазным с числом зубцов на статоре - 12, на роторе - 8. Зубцовая зона (Фиг. 4) выполнена с разной Н1ириной коронок зубцов статора 13 и ротора 14: для зубцов статора - Л,, (0,31.,.0,35)/2, зубцов ротора - /.,2 (0,4...0,44)/2 На роторе, показанном на Фиг. 5, выполнен скос зубцов ротора относигелыю З/бцов статора на величину yff (0,075...0,.

Основной алгоритм работы электроусилителя подчинен реализации характеристик,

показанных па Фиг. 6 и связывающих момент на руле Мр с требуемым моментом компенсации M|, который должен быть обеспечен электроусилителем в зависимости от скорости движения

автомобиля. По мере роста момег1та на руле Мр увеличивается MOMefiT компенсации Л со

стороны электроусилителя. В то же время нри увеличении скорости движения автомобиля эффективность работы электроусилителя долж1га быть снижена в соответствии с заданной характеристикой (см. Фиг. 6), то есть необходимый момент компенсации Л снижается. Это

связано с тем, что наибольшие усилия к рулю прикладываются водителем при неподвихчном автомобиле и во время движения с ма;юй скоростью. Па Фиг. 6 характеристика С соответствует минимальной скорости движения автомобиля, характеристика А - максимальной скорости, нри

При возникновении момента на руле Мр , превышающего заданный шпгамалытый

момент Mmin, блок унравления электродвигателем вырабатывает силовой управляющий сигнал, приложенный к обмоткам электродвигателя, для создания на рулевой колонке требуемого

компенсирующего момента MI в соответствии с характеристиками, показанными на Фиг. 6. При этом величина сигнала на обмогке формируется с учетом сигнала датчика скорости автомобиля (см. Фиг. 6), а таюке сигналов датчика IЮJЮжeния ротора и датчика момента на руле Мр. Для

зан1иты аккумулятора от разряда электроусилитель не включается при Г1еработаюн1ем двигателе автомобиля. Для этого в блок унравления введен сигнал датчика режима работы автомобиля. Электроусилитель выполняется реверсивнгпм в соответствии с требуемыми характеристиками (см. Фиг. 6). Приведенные характеристики реализуются с номои(ью нрограммного обеспечения процессора (см. Фиг. 1).

Датчик положения имеет наиболее простое иснолнение в виде сдвинутых друг относительно друга ЕШ 120 электрических градусов трех датчиков на основе эффекта Холла и ноказаргаого на Фиг. 7 нерфорированиого цилиндра с числом нерфораций, равным шслу зубцов ротора, в данном случае - 8. При вращении ротора датчик положения выдает три сигнала d-A, d-B

ud-C, сдвинутьсе также на 120 электрических градусов или 1/3 периода (см. Фиг. 8). В соответствии с сигналами ДПР блоком управления подается силовой унравляюгций

сигнал на обмотку и по фазным кагупжам протекает ток (см. Фиг. 8). Причем при работе в области малых частот вращения двигателя ток в фазную KaiyniKy подается в нололсении для дайной фазы «зубец-наз, а отключается в положении «зубец-зубец. Таким образом, длительность токового имнульса составляет 180 электрических градусов или Уг периода, форма имнульса - прямоугольная. По мере роста частоты вращения крутизна фронтов фазного тока уменьшается. Для обеспечения, нри указанной форме импульса тока, минимального уровня пульсаций момента на валу электродвигателя и, соответственно, на руле специально сформирована геометрия зубцовой зоны. Ширина коронки зубцов статора - Л,, (0,31...0,35)2. ротора - (0,41...0,44)/2. Помимо минимального уровня нульсаций выполнение зубцов с разной шириной коронок обеснечивает такую зависимость момента от угла, у которой производная момента по углу в зонах включения («зубец-паз) и отключения тока («зубецзубец) наименьшая по абсолютному значениго (см. Фиг. 9). Это обеснечивает снижение чувствительности нульсаций момента как к неточности включения и отключения тока в указанных ноложениях ротора, так и к заваливанию нарастающего и спадающего фронтов тока но мере увеличения частоты вращения. Положительное влияЕше на снижение нульсаций имеет выполнение взаимного скоса зубцов стагора и ротора на величину ft (0,075...0,15)/2 (см. Фиг.5).

I

Для снижения акусiического (пума, вызванного лс(1)ормацнями сгаюра электродвигателя от действия магнитных сжимаюн1их сшг, нредлагается нрименить конструкцию магнитопровода статора повьпненной жесткОс1и за счет увелнчения норядка де(})ормап,ий: с число зубцов на статоре - 12, па роторе 8 (см. Фиг. 3).

Таким обраюм, выполненне элепродвнтателя в трехфачном варианте с нредложеиными размерами коронок зубцов статора и ротора, а также нримененне скоса зубцов, нозволяет обесиечить низкий уровень Г1у;н саций момента эле1ародви1а1еля и, гем самым, высокое качесгво работы электроусилителя в целом. При этом следует отмегит, что для обеспечения низкого уровня цульсаций момета в иредлагаемом техническом ренгении достаточно применения датчика иоложе1нтя ротора простей ней конструкции. Кроме rt)io, не требуется использования датчика скорости вран1ения электродвигателя для гюстроення системы управления, демнфирук н1ей пульсации момента на руле с номонн.ю со()тветстиу1О1цей обратной связи.

НПП Эметроп /У ОАО Авиаагрегат

Директор I ПИГ Эмегро1г /Директор ОАО Авиаагрегат

Л.Ф. Коломейг1ев/W/WW/t/T.Ju Л. Адамов:

Заявители:

Claims

1. Электроусилитель руля автомобиля, состоящий из датчика момента, датчика скорости автомобиля, электродвигателя, кинематически связанного с рулем и содержащего зубчатый статор с обмоткой и зубчатый безобмоточный ротор, датчика положения ротора электродвигателя, блока управления электродвигателем, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен трехфазным, число зубцов на статоре электродвигателя - 12, на роторе - 8, ширина зубцов статора по воздушному зазору b_z1 = (0,31 ... 0,35)t₂, ротора - b_z2 = (0,41 ... 0,44)t₂, где t₂ - зубцовый шаг по ротору, магнитная система электродвигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора относительно статора на величину β = (0,075...0,15)t₂.

2. Электроусилитель руля автомобиля по п.1, отличающийся тем, что блок управления функционально связан с датчиком режима работы автомобиля, регистрирующим режим работы автомобиля и обеспечивающим соответствующий выходной сигнал.